餐厨类固体废弃物化学链气化反应特性研究

摘要

随着人口数量的不断增加、餐饮业的持续快速发展，餐厨固体废弃物的产生量也呈现逐年递增的趋势。目前，各国正大力发展符合无害化、减量化及资源化的餐厨固体废弃物处理技术。化学链气化技术（Chemical looping gasification，CLG）是一种高效、清洁的处理手段，通过载氧体将晶格氧传递给燃料，燃料不需要与空气直接接触即可完成气化反应。餐厨固体废弃物占城市生活固体废弃物的质量比值近50%，有效地实现餐厨固体废弃物的处理可以大大减少城市生活固体废弃物的清运量。铜渣是一种工业炼铜废渣，利用铜渣制备铜渣载氧体实现了铜渣的废物再利用。本论文主要研究内容如下： （1）利用溶胶-凝胶法制备了氧化铁（Fe2O3）、氧化铜（CuO）为活性组分，天然凹凸棒土（attapulgite，ATP）为惰性载体的铁铜复合载氧体（CuFe2O4/ATP）。淀粉类餐厨固体废弃物化学链气化过程在间歇流化床反应器中进行。以典型的淀粉类餐厨固体废弃物（大米和面食）为原料。研究了操作温度、水蒸汽流量和O/C摩尔比对气化过程的影响。结果表明，淀粉类餐厨固体废弃物化学链气化的最佳操作条件为850℃，水蒸气流量为1.0 g·min-1和O/C摩尔比为0.5。在上述条件下，合成气产量达0.822 m3·kg-1，H2和CO的平均浓度分别为45.74%和22.24%。碳转化率达到 83.57%。在十次氧化/还原过程中，CuFe2O4/ATP 载氧体晶相结构稳定，主要以CuFe2O4形式存在；载氧体局部轻度烧结，但仍具有优良的循环特性。 （2）利用铜渣制备了铜渣载氧体，选取典型的脂肪/蛋白质类餐厨固体废弃物（肉和大豆类厨余物）作为气化原料，在流化床反应器中进行了脂肪/蛋白质类餐厨固体废弃物化学链气化制备合成气的实验研究。通过考察操作温度、水蒸气流量和O/C摩尔比对气化过程的影响，得到脂肪/蛋白质类餐厨固体废弃物化学链气化的较优操作条件为：900℃、水蒸气流量为0.7 g·min-1、O/C摩尔比为1.0。在该操作条件下，合成气产量为0.968 m3·kg-1，H2的平均浓度分别为49.39%，碳转化率达到86.23%。循环反应实验表明各气体产物含量较稳定，铜渣载氧体晶相结构稳定，表面形貌未发现烧结。 （3）将两种单组分餐厨固体废弃物（淀粉类餐厨固体废弃物和脂肪/蛋白质类餐厨固体废弃物）进行物理混合，制得混合组分餐厨固体废弃物。并利用CuFe2O4/ATP 载氧体和铜渣载氧体对其进行化学链气化，并对实验数据进行了分析。

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